JP2005250793A - 物理モデル作成装置、該物理モデル作成装置を備えたシミュレーション装置、及び物理モデル作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シミュレーション装置で使用する物理モデルに任意の要素を追加したり、任意の要素を削除したりして、一層正確なシミュレーションの実行を可能とする。
【解決手段】 機構部分を含む制御対象とこの制御対象を制御する制御装置とからなるシステムのシミュレーションで使用する制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成装置を、３次元画像作成ソフトウエアである３Ｄ−ＣＡＤを使用して作成された制御対象の３Ｄ−ＣＡＤデータと、制御対象の３Ｄアニメーション表示に必要な情報とに基づいて、物理モデルを作成するための物理モデルデータを作成し、この物理モデルデータに対して、シミュレーションに必要なデータを追加、或いは不要なデータを削除する変更を行い、変更された物理モデルデータから制御対象の物理モデルを作成するように構成する。
【選択図】 図６

Description

本発明は物理モデル作成装置、該物理モデル作成装置を備えたシミュレーション装置、及び物理モデル作成方法に関し、特に、機構部分を含む制御対象と制御装置とからなるシステムをシミュレーションするに際して、機構部分を含む制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成装置、該物理モデル作成装置を備えたシミュレーション装置、及び物理モデル作成方法に関する。

従来、機構部品を備えた制御対象をコンピュータ制御する場合、実際の機構部品を使用することなく、コンピュータを使用した立体画像（３Ｄ画像）を作成してシミュレーションすることが行われている。このようなシミュレーションに必要となるのは、ハードウエアとシミュレーションソフトウエアから構成されるシミュレーション装置である。このシミュレーション装置を用いてシミュレーションを行う場合には、機構、回路等を含んだ制御システムをモデル化した物理モデルを作成し、この物理モデルによってシミュレーションを行うことが一般的である。

ハードウエアの構成は、通常のパーソナルコンピュータと同様であり、これにコンピュータ設計支援装置が追加されることもある。図１は従来のシミュレーション装置４の構成の一例を示すものであり、パーソナルコンピュータ１０にコンピュータ設計支援装置２０が組み合わされた例を示している。

パーソナルコンピュータ１０には、ＣＤ−ＲＯＭ等のディスク媒体に記録されたソフトウエアを読み込むディスクドライブ１１、ソフトウエアやデータを記録する外部記憶装置であるハードディスクドライブ（図にはＨＤＤと記載）１２、ハードディスク１２上のソフトウエアやデータを展開するメモリ１３、ソフトウエアやデータの処理（演算）を行うＣＰＵ１４、処理の結果を表示する表示器１５、外部装置との通信を行う通信装置１６、および外部からのデータを入力するためのデータ入力装置１７があり、バス１８によって相互に接続されている。また、データ入力装置１７にはキーボード１９や図示しないマウスが接続されている。

コンピュータ設計支援装置２０は、この例では通信ケーブル２１によってパーソナルコンピュータ１０と接続されている。コンピュータ設計支援装置２０の内部には、この通信ケーブルに接続する通信装置２２、メモリ２３、ＣＰＵ２４、およびハードディスク２５が設けられており、バス２８で相互に接続されている。

ソフトウエアは、大きく分けて「物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示」を行うソフトウエアと、「物理モデル演算」を行うソフトウエアの２つから構成される。ここでは、「物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示」をパーソナルコンピュータ１０で行い、「物理モデル演算」をコンピュータ設計支援装置２０で行う場合について説明する。

この例では、ディスク媒体である３枚のＣＤ−ＲＯＭ１，２，３を用いてパーソナルコンピュータ１０にソフトウエアがインストールされる。ＣＤ−ＲＯＭ１には、例えば３Ｄ画像の支援を行う３次元のコンピュータ支援設計装置（３Ｄ−ＣＡＤ）のデータを読み込んだり、３Ｄのアニメーション機能を有する３Ｄ用ソフトウエア１Ｓが記録されている。また、ＣＤ−ＲＯＭ２には、例えば物理モデル作成機能を有する物理モデル作成ソフトウエア２Ｓが記録されている。更に、ＣＤ−ＲＯＭ３には、例えばシミュレーション情報設定・操作・結果表示・結果解析機能、及び物理モデル演算機能を有するシミュレーションソフトウエア３Ｓが記録されている。

パーソナルコンピュータ１０のディスクドライブ１１で読み込まれた各ソフトウエアは、ハードディスクドライブ１２上に記憶される。そして、このソフトウエアを実際にＣＰＵ１４が使用する際は、ハードディスクドライブ１２上に記憶されたソフトウエアがメモリ１３上に展開され、ＣＰＵ１４が処理を行う。処理の結果は表示器１５に表示される。

一方、コンピュータ設計支援装置２０側では、パーソナルコンピュータ１０のディスクドライブ１１からシミュレーションソフトウエア３Ｓが読み込まれると、これをハードディスクドライブ２５に記憶させる。ＣＰＵ２４がこのシミュレーションソフトウエア３Ｓを実際に使用する際は、ハードディスクドライブ２５上に記憶されたソフトウエアをメモリ２３上に展開して処理が行われる。即ち、ディスクドライブ１１又は通信装置１６を介して入力された３Ｄ−ＣＡＤデータは、パーソナルコンピュータ１０で物理モデルに変換された後に、コンピュータ設計支援装置２０のＨＤＤ２５に格納され、コンピュータ設計支援装置２０でその物理モデルを使用してシミュレーションが行われる。

例えば、実際のエンジンや車両の代わりにこのコンピュータ設計支援装置２０を用いて、制御装置の開発、設計を行う場合は、コンピュータ設計支援装置２０に制御装置（ＥＣＵ等）が接続される。そして、エンジンのメカニズムや電気信号の果たす役割がパーソナルコンピュータ１０でモデル化され、実際のエンジンシステムと同等の動きをこのコンピュータ設計支援装置２０が模擬することにより、技術者は実際のエンジンを使用することなく、机上で制御系の動きを見ながら制御装置の開発、設計ができるようになる。

以上のように構成されたシミュレーション装置４において、物理モデルとしてロボットアームＲＡを扱う場合の例を図２を用いて説明する。

図２は、３つの棒状の部品Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ１自由度の関節Ｄ，Ｅにより接続されたロボットアームＲＡを示すものである。各関節Ｄ，Ｅにはそれぞれモータが内蔵され、関節を駆動するようになっている。

３Ｄ−ＣＡＤのデータとしては、部品の形状、部品同士の位置関係、部品の材質等がある。材質と形状とから部品の質量、重心等が算出できる。次に、そのまま３Ｄ−ＣＡＤを用いて、或いは機構シミュレーションソフトウエアを用いて、関節の種類（この場合は１軸）、拘束条件、モータの種類（ＤＣモータ、パルスモータ等）や、位置や加速度等を検出するスペック（トルク特性）センサの種類等が入力される。そして、これらの情報を基にして物理モデルが作成される。

このような物理モデルを作成する技術としては、例えば、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサと呼ばれるソフトウエアを使用した３次元形状物の有限要素法解析において、３Ｄ−ＣＡＤデータを中間ファイル形式で出力し、この中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで読み込むことにより３次元形状データからなるマスターモデルを形成する技術が特許文献１に開示されている。

この特許文献１に記載の方法は、３次元形状物の有限要素法解析でのモデル作成方法であり、３ＤーＣＡＤのデータから各部品及び部品間の接続情報等からモデルを作成する方法（後述する本発明のモデル作成方法）とは異なるものである。また、特許文献１に記載の中間ファイルに情報を追加してからモデル完成までのモデル作成手順は、本発明におけるモデル作成手順とは異なる。

特開２０００−２３１５７９号公報

しかしながら、このような物理モデルを作成する場合、モデル作成の情報として、３Ｄ−ＣＡＤや機構シミュレーションソフトウエアで入力可能なものしか用いることができない。このため、以下のような問題点があった。
（１）関節の摩擦やガタツキ等の任意の要素を追加することが困難であった。
（２）新しい種類のモータ、センサ等の部品を追加することが困難であった。
（３）物理シミュレーションに必要のない要素を削除することが困難であった。

そこで、本発明は、前記従来のシミュレーション装置の有する課題を解消し、物理モデルに任意の要素を追加したり、任意の要素を削除したりでき、一層正確なシミュレーションを実行することができる物理モデル作成装置、該物理モデル作成装置を備えたシミュレーション装置、及び物理モデル作成方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成する本発明の第１の形態は、制御装置と制御対象とからなるシステムのシミュレーションで使用する制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成装置であって、３次元のコンピュータ設計支援装置である３Ｄ−ＣＡＤを使用して作成された制御対象の３Ｄ−ＣＡＤに基づいて、物理モデルを作成するための物理モデルデータを作成する物理モデルデータ作成手段と、物理モデルデータの変更を行う物理モデルデータ変更手段と、物理モデルデータ変更手段により変更された物理モデルデータから物理モデルを作成する物理モデル作成手段とを備えることを特徴としている。

本発明の第２の形態は、第１の形態の物理モデル作成装置において、物理モデルデータ変更手段による変更を、物理モデルを構成する部品間の摩擦情報の追加、物理モデルを構成する部品間のガタツキ情報の追加、及びシミュレーションに必要のない情報の削除の少なくとも１つとしたことを特徴としている。

本発明の第３の形態は、第１又は第２の形態の物理モデル作成装置において、物理モデルデータ作成手段が制御対象を構成する部品間の部品情報モデルを設定する部品情報モデル設定手段を有しており、部品情報モデル設定手段によって設定された部品情報モデルを選択／配置することにより、物理モデルデータを作成することを特徴としている。

本発明の第４の形態は、第３の形態の物理モデル作成装置において、部品情報モデルが、物理モデルを構成する部品間の摩擦情報のモデル、及び／又は物理モデルを構成する部品間のガタツキ情報のモデルであることを特徴としている。

本発明の第５の形態は、第１から第４の何れか形態の物理モデル作成装置において、物理モデルデータ作成手段が部品のモデルライブラリを有しており、モデルライブラリから制御対象を構成する部品の部品モデルを選択／配置することにより、物理モデルデータを作成することを特徴としている。

本発明の第６の形態は、制御装置と制御対象とからなるシステムのシミュレーションを実行するシミュレーション装置であって、第１から第５の何れかの形態の物理モデル作成装置を備えることを特徴としている。

更に、前記目的を達成する本発明の物理モデル作成方法は、制御装置と制御対象とからなるシステムのシミュレーションで使用する制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成方法であって、３次元のコンピュータ設計支援装置である３Ｄ−ＣＡＤを使用して作成された制御対象の３Ｄ−ＣＡＤに基づいて、物理モデルを作成するための物理モデルデータを作成する物理モデルデータ作成ステップと、物理モデルデータの変更を行う物理モデルデータ変更ステップと、物理モデルデータ変更ステップで変更された物理モデルデータから制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成ステップとを備えることを特徴としている。

本発明の物理モデル作成装置、該物理モデル作成装置を備えたシミュレーション装置、及び物理モデル作成方法によれば、機構部分を含む制御対象と制御装置とからなるシステムをシミュレーションするに際して、機構部分を含む制御対象の物理モデルを作成してシミュレーションを行うので、物理モデルに任意の要素を追加したり、任意の要素を削除したりでき、一層正確なシミュレーションを実行することができるという効果がある。

また、任意の要素の削除、即ち、冗長なモデルの具体的モデルへの置き換え、多自由度の関節の１自由度の関節への置き換えにより、シミュレーション速度を向上させることができるという効果もある。

更に、予め定めた部品間の部品情報モデルや、モデルライブラリから部品の物理モデルを選択／配置することにより、容易に制御対象の物理モデルを作成することができるという効果もある。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図１で説明した従来のシミュレーション装置と同じ構成部材については、同じ符号を付して説明する。

図３は、本発明のシミュレーション装置４の一実施例の構成を示すブロック図である。この実施例では、シミュレーション装置４は、パーソナルコンピュータ１０とコンピュータ設計支援装置２０とから構成されている。コンピュータ設計支援装置２０は接続されない場合もあり、この場合はコンピュータ設計支援装置２０の機能がパーソナルコンピュータ１０側に備えられている。

パーソナルコンピュータ１０には、ＣＤ−ＲＯＭ等のディスク媒体に記録されたソフトウエアを読み込むディスクドライブ１１、ソフトウエアやデータを記録する外部記憶装置であるＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１２、ＨＤＤ１２上のソフトウエアやデータを展開するメモリ１３、ソフトウエアやデータの処理（演算）を行うＣＰＵ１４、処理の結果を表示する表示器１５、外部装置との通信を行う通信装置１６、及び外部からのデータを入力するためのデータ入力装置１７があり、バス１８によって相互に接続されている。また、データ入力装置１７にはキーボード１９や図示しないマウスが接続されている。

通信装置１６は、通信ケーブル２１を介してコンピュータ設計支援装置２０に接続される他に、電話回線や光ケーブルを介してインターネットに接続させることができる。即ち、通信装置１６は、インターネットを介してソフトウエアやデータをパーソナルコンピュータ１０に取り込むことができる。

コンピュータ設計支援装置２０の内部には、この通信ケーブル２１に接続する通信装置２２、メモリ２３、ＣＰＵ２４、及びハードディスク２５が設けられており、バス２８で相互に接続されている。なお、本発明の従来技術として、「物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示」をパーソナルコンピュータ１０で行い、「物理モデル演算」をコンピュータ設計支援装置２０で行う場合について説明したが、前述のように、コンピュータ設計支援装置２０の機能がパーソナルコンピュータ１０側に備えられている場合には、「物理モデル演算」はパーソナルコンピュータ１０側でも可能である。

そこで、図４に示す本発明を実現するためのシミュレーション装置のシステム構成図では、「物理モデル演算」をパーソナルコンピュータ１０とコンピュータ設計支援装置２０のどちらで行うかについては分けて説明せず、シミュレーション装置４に、「物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示」を行う物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示部分４Ａと、「物理モデル演算」を行う物理モデル演算部分４Ｂとがあるものとして説明する。

この図に示されるように、ディスク媒体である３枚のＣＤ−ＲＯＭ１，２，３がディスクドライブ１１にセットされ、記録されているソフトウエアがＨＤＤ１２にインストールされる。ＨＤＤ１２の物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示部分４Ａには、ＣＤ−ＲＯＭ１に記録された３Ｄ用ソフトウエアからは、３Ｄ−ＣＡＤデータの読込みと、３Ｄアニメーション機能を有するソフトウエアＳＦ１が読み込まれる。また、ＣＤ−ＲＯＭ２に記録された物理モデル作成ソフトウエアからは、物理モデル作成機能を有するソフトウエアＳＦ３が、ＨＤＤ１２の物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示部分４Ａに読み込まれる。更に、ＣＤ−ＲＯＭ３に記録されたシミュレーションソフトウエアからは、シミュレーション情報設定・操作・結果表示・結果解析機能を有するソフトウエアＳＦ２が、ＨＤＤ１２の物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示部分４Ａに読み込まれ、物理モデル演算機能を有するソフトウエアＳＦ４が、ＨＤＤ１２の物理モデル演算部分４Ｂに読み込まれる。ソフトウエアＳＦ２には、３Ｄ−ＣＡＤのデータをモデリングツールで読み込めるように変換し、変換したものを更に実行体にコンパイルする変換ツールを備えたシミュレーションソフトウエアが含まれている。

物理モデル作成、シミュレーション情報設定、及び結果表示部分４Ａでは、ＨＤＤ１２上に記憶されたソフトウエアＳＦ１，ＳＦ２、及びＳＦ３は、それぞれメモリ１３上に展開され、ＣＰＵ１４によって処理が行われる。ＣＰＵ１４によって処理が行われたソフトウエアＳＦ１は表示器１５に３Ｄ−ＣＡＤ、或いはアニメーション画像として立体表示される。また、ＣＰＵ１４によって処理が行われたソフトウエアＳＦ２は表示器１５にハードウエアシミュレータの画像として表示される。また、ＣＰＵ１４によって処理が行われたソフトウエアＳＦ３は表示器１５にテクニカルコンピューティング環境のデータとして、電気系モデル等の形で表示される。物理モデル演算部４Ｂでも、ＨＤＤ１２上に記憶されたソフトウエアＳＦ４がメモリ１３上に展開され、ＣＰＵ１４で処理が行われる。

以上のように構成されたシミュレーション装置において、物理モデルとしてロボットアームを扱う場合の例を図５を用いて説明する。図５は、３つの棒状の部品Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ１自由度の関節Ｄ，Ｅにより接続されたロボットアームＲＡを示すものである。各関節Ｄ，Ｅにはそれぞれモータが内蔵され、関節Ｄ，Ｅを駆動するようになっている。

３Ｄ−ＣＡＤのデータとしては、部品の形状、部品同士の位置関係、部品の材質等がある。材質と形状とから部品の質量、重心等が算出できる。従来は、前述のように、このまま３Ｄ−ＣＡＤを用いて、或いは機構シミュレーションソフトウエアを用いて、関節の種類（この場合は１軸）、拘束条件、モータの種類（ＤＣモータ、パルスモータ等）や、位置や加速度等を検出するスペック（トルク特性）センサの種類等が入力され、これらの情報を基にして物理モデルが作成されていた。

一方、この実施例では、３Ｄ−ＣＡＤのデータとして、部品の形状、部品同士の位置関係、部品の材質等が入力され、材質と形状とから部品の質量、重心等を算出した後、ソフトウエアＳＦ２に搭載された変換ツールにより、３Ｄ−ＣＡＤのデータがモデリングツールで読み込めるファイル（ＨＤＤ１２に作られた中間ファイル）に変換される。この結果、３つの棒状の部品Ａ，Ｂ，Ｃと関節（モータ部）Ｄ，Ｅの３Ｄ−ＣＡＤのデータは、図５の下側に示すように、全てソフトウエアＳＦ２形式のデータに変換される。この状態では自由にモデル情報を追加することが可能であるので、例えば、この図に示すように、摩擦力の情報や、部品間のガタの情報を加えることができる。このようにソフトウエアＳＦ２形式のデータに変換されたファイルは、ソフトウエアＳＦ２に搭載された変換ツールにより、モデル実行体にコンパイルされる。

このように３Ｄ−ＣＡＤのデータがモデル実行体に変換されるまでのデータの流れを、図６に示すシステム図、及び図７に示すフローチャートを用いて説明する。ここで、図６に示す丸付き数字は、図７の各ステップの丸付き数字に対応している。

図７のフローチャートに示すデータ処理は、物理モデル作成、シミュレーション情報設定、結果表示部分４Ａにおいて、３Ｄ−ＣＡＤで機構部分を設計し、３Ｄ−ＣＡＤ形式のデータとして保存した後に実行される。まず、ステップ７０１ではソフトウエアＳＦ１に３Ｄ−ＣＡＤ形式のデータを読み込ませる。次のステップ７０２では、ソフトウエアＳＦ１の上で部品同士の接続（リレーション）情報、拘束条件等の３Ｄアニメーションに必要な情報を入力し、ソフトウエアＳＦ１形式のデータとして保存することが行われる。

続くステップ７０３では、ソフトウエアＳＦ２に備えられたコンバータで、ソフトウエアＳＦ１形式のデータをソフトウエアＳＦ２形式のデータに変換する。そして、ステップ７０４において、ソフトウエアＳＦ２形式に変換されたデータをソフトウエアＳＦ３で開く。この状態では自由にモデル情報を追加することが可能であるので、ステップ７０５において、例えば、ソフトウエアＳＦ３上で摩擦力の情報や、部品間のガタの情報を加えたり、モデルの追加、修正を実行する。

この後、ステップ７０６において、ソフトウエアＳＦ３上のモデルからＣコード（Ｃ言語）を作成する。物理モデルは最終的にはＣ言語で表示された演算式の形で表される。しかしながら、このＣ言語表記のままでは、ＣＰＵで処理できないため、ＣＰＵで処理できる形(実行体)にコンパイルする、即ち、ソフトウエアＳＦ２で実行できる形式にコンパイルする。そして、このコンパイルによって本発明の特徴であるモデル実行体が作られて本発明が完了する。このモデル実行体を作るまでが本発明の重要な特徴である。

このようにして作られたモデル実行体は、次のステップ７０７において、物理モデル演算部分４ＢのソフトウエアＳＦ４によりこのモデル実行体が演算し、シミュレーションを実行してこのルーチンを終了する。

シミュレーションを行うと結果がサンプリングデータという形で出るので、これをもう一度、物理モデル作成、シミュレーション情報設定、結果表示部分４Ａに返す。返されたデータはＨＤＤ１２の共有メモリに入る。この共有メモリに入ったデータを、ソフトウエアＳＦ１のアニメーション画面に渡してアニメーション表示を行う。すると、このシミュレーションの通りにアニメーションが動作するので、リアルなアニメーションの挙動を確認することができる。また、シミュレーションを実機を用いることなく機構モデルを用いて行うことができるので、実機の試作前に機構の設計評価が可能となる。

以上説明したように、本発明による物理モデルの作成装置では、３Ｄ−ＣＡＤで作成された機構部分を含む制御対象のデータを、一旦汎用の物理モデル作成ソフトウエア形式に変換し、これにより、３Ｄ−ＣＡＤで作成された機構部分を含む制御対象のデータに対して、任意の要素の追加、新しい種類の部品の追加、物理シミュレーションに必要のない要素の削除が可能である。また、本発明の物理モデルの作成装置では、制御対象のそれぞれの部品のモデルを作成して部品と同様に扱い、その部品化されたモデルをシステムに応じて選択／配置することで、物理モデルの作成が容易に行えるようになるのである。この例を図８を用いて説明する。

図８は、本発明の物理モデル作成装置における物理モデルがロボットアームＲＡである場合の、ロボットアームＲＡの機構要素のそれぞれを、汎用のモデル作成ソフトウエアを用いてモデル部品化し、システムに応じて選択、配置を行うことにより、物理モデルを作成する実施例を説明する図である。図８に示されるロボットアームＲＡは、３つの棒状の部品Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ１自由度の関節Ｄ，Ｅにより接続されたものである。

汎用のモデル作成ソフトウエア（例えば、ＭＡＴＬＡＢ（商標）と呼ばれる高級プログラミング言語を使用したテクニカルコンピューティング環境のモデル作成ソフトウエアが知られている。）のシミュレーション、システムモデルの検証機能を使用すると、図８の上側の表示画面に示されるロボットアームＲＡの機構要素のそれぞれは、図８の下側の画面に示されるような部品毎のモデルとして構築することができる。即ち、機構の各要素、部品間の摩擦情報、ガタツキ情報がモデル部品化され、システムに応じて選択、配置を行うことにより、物理モデルの形で表現することができる。

このように、汎用のモデル作成ソフトウエアを使用して３Ｄ−ＣＡＤのデータに基づいた物理モデルを作成すると、この汎用のモデル作成ソフトウエア上で自由にモデル部品、例えば、任意の部品Ｆや部品Ｇを追加したり、部品情報、例えば、部品間の摩擦力やガタツキのデータ、を追加することができる。この結果、物理モデルの作成が容易に行えるようになると共に、任意の部品の追加や部品情報の追加により、より精度の高いシミュレーションを行うことができる。

図９は、本発明の物理モデル作成装置における物理モデルがロボットアームＲＡである場合の、ロボットアームＲＡの機構要素のそれぞれを、汎用のモデル作成ソフトウエアに対応したライブラリソフトウエアを用いてライブラリソフトウエア形式のデータに変換し、これを更に汎用のモデル作成ソフトウエアシステムを用いて汎用のモデル作成ソフトウエア形式のデータに変換することにより、物理モデルを作成する実施例を説明する図である。即ち、図９に示す実施例は、汎用の物理モデル作成ソフトウエア用のライブラリソフトウエアを仲介させることにより、物理モデルの作成をより簡単にできるようにしたものである。図９に示されるロボットアームＲＡも、３つの棒状の部品Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ１自由度の関節Ｄ，Ｅにより接続されたものである。

汎用の物理モデル作成ソフトウエアに対応したライブラリソフトウエアには、例えば、分かり易いアイコンで表現されたモデル要素が多数記憶されており、モデル要素の内容を参照し、必要なモデル要素をドラッグ・アンド・ドロップして引き出し、それらを組み合わせることにより、複雑なマルチドメインのモデルを作成することができるものである。図９の上の画面の３Ｄ−ＣＡＤ等の持つ構成データを、このライブラリソフトウエアを用いて、ロボットアームＲＡのそれぞれの部品をライブラリソフトウエア形式のデータ（モデル要素）に変換すると図９の中央に示す画面のようになる。この画面上では、自由にライブラリ部品、例えば部品Ｆや部品Ｇを追加することができる。

このライブラリソフトウエアは、汎用の物理モデル作成ソフトウエアとの連携が可能であり、ライブラリソフトウエアを用いて選択／配置されたモデル要素は更に汎用の物理モデル作成ソフトウエアの上で動く形式に変換される。この変換されたモデル要素は、図９の下の画面に示すようになる。この図９の下の画面に示されるものは、図８の下の画面に示されるものと同じ概念のものである。よって、この画面に示される構成に、自由にモデル部品とモデル情報を追加することができる。

そして、図９の下の画面に示されるモデル要素は、最終的にはＣ言語（Ｃコード）で表記された演算式の形式で表される。更に、Ｃ言語表記のままではＣＰＵで処理できないため、この後に、ＣＰＵで処理できる形の実行体に変換（コンパイル）し、この実行体がＣＰＵで処理される。

このように、汎用の物理モデル作成ソフトウエア用のライブラリソフトウエアを仲介させることにより、３Ｄ−ＣＡＤのデータからライブラリソフトウエア上でモデル要素を用いてライブラリソフトウエア形式のモデルを構築し、これを更に汎用のモデル作成ソフトウエア上のモデルに変換すれば、物理モデルの作成が容易に行える。

従来のシミュレーション装置の構成を示すブロック構成図である。 従来のシミュレーション装置における物理モデルがロボットアームである場合の例を説明する図である。 本発明の物理モデル作成装置を有するシミュレーション装置の構成の一実施例を示すブロック構成図である。 本発明を実現するための物理モデル作成装置を有するシミュレーション装置のシステム構成を示す図である。 本発明の物理モデル作成装置における物理モデルがロボットアームである場合の、物理モデルデータへのデータの追加を説明する図である。 本発明のシステムにおけるデータの流れを示す図である。 図６のシステムにおける動作手順を説明するフローチャートである。 本発明の物理モデル作成装置における物理モデルがロボットアームである場合の、３Ｄ−ＣＡＤ等のデータを汎用のモデル作成ソフトウエア上のモデルデータに変換して部品モデルを設定する例を説明する図である。 本発明の物理モデル作成装置における物理モデルがロボットアームである場合の、３Ｄ−ＣＡＤ等のデータを、ライブラリソフトウエアを仲介させて汎用のモデル作成ソフトウエア上のモデルデータに変換し、部品モデルを設定する例を説明する図である。

符号の説明

４…シミュレーション装置
１０…パーソナルコンピュータ
１８…バス
２１…通信ケーブル
ＲＡ…ロボットアーム

Claims (7)

1. 制御装置と制御対象とからなるシステムのシミュレーションで使用する前記制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成装置であって、
   ３次元のコンピュータ設計支援装置である３Ｄ−ＣＡＤを使用して作成された前記制御対象の３Ｄ−ＣＡＤに基づいて、前記物理モデルを作成するための物理モデルデータを作成する物理モデルデータ作成手段と、
   前記物理モデルデータの変更を行う物理モデルデータ変更手段と、
   前記物理モデルデータ変更手段により変更された前記物理モデルデータから前記物理モデルを作成する物理モデル作成手段とを備えることを特徴とする物理モデル作成装置。
2. 請求項１に記載の物理モデル作成装置であって、
   前記物理モデルデータ変更手段による変更は、前記物理モデルを構成する部品間の摩擦情報の追加、前記物理モデルを構成する部品間のガタツキ情報の追加、及び前記シミュレーションに必要のない情報の削除の少なくとも１つであることを特徴とする物理モデル作成装置。
3. 請求項１又は２に記載の物理モデル作成装置であって、
   前記物理モデルデータ作成手段は、前記制御対象を構成する部品間の部品情報モデルを設定する部品情報モデル設定手段を有し、
   前記部品情報モデル設定手段によって設定された前記部品情報モデルを選択／配置することにより、前記物理モデルデータを作成することを特徴とする物理モデル作成装置。
4. 請求項３に記載の物理モデル作成装置であって、
   前記部品情報モデルは、前記物理モデルを構成する部品間の摩擦情報のモデル、及び／又は前記物理モデルを構成する部品間のガタツキ情報のモデルであることを特徴とする物理モデル作成装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の物理モデル作成装置であって、
   前記物理モデルデータ作成手段は、部品のモデルライブラリを有し、
   前記モデルライブラリから前記制御対象を構成する部品の部品モデルを選択／配置することにより、前記物理モデルデータを作成することを特徴とする物理モデル作成装置。
6. 制御装置と制御対象とからなるシステムのシミュレーションを実行するシミュレーション装置であって、請求項１から５の何れか１項に記載の物理モデル作成装置を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
7. 制御装置と制御対象とからなるシステムのシミュレーションで使用する前記制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成方法であって、
   ３次元のコンピュータ設計支援装置である３Ｄ−ＣＡＤを使用して作成された前記制御対象の３Ｄ−ＣＡＤに基づいて、前記物理モデルを作成するための物理モデルデータを作成する物理モデルデータ作成ステップと、
   前記物理モデルデータの変更を行う物理モデルデータ変更ステップと、
   前記物理モデルデータ変更ステップで変更された前記物理モデルデータから前記制御対象の物理モデルを作成する物理モデル作成ステップとを備えることを特徴とする物理モデル作成方法。

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